物联网智能家居控制系统

1、 2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文四川信息职业技术学院2014年四川省高职院校物联网大赛设计设计题目:智能家居控制系统 姓 名:段绍华 刘富精 徐建 李俊男 指导教师:黄超 2014 年 12 月 05 日目录TOC o 1-9 u 目录 PAGEREF _Toc11088 0摘要 PAGEREF _Toc2314 1第1章 方案设计21.1 项目背景21.2建设目标21.3需求分析21.3.1功能需求分析21.3.2对技术架构的要求分析31.4总体设计31.4.1总体设计目标31.4.2系统整体流程设计31.5系统详细流程3第2章 硬件电路设计42.1内容及其原理42.2红外收发模

2、块42.3无线收发模块52.4电源模块112.4.1 LM7805基本介绍112.4.2 LM1117基本介绍132.5 单片机的选择142.6硬件的主要两大模块162.6.1 串口无线主机收发模块162.6.2 红外终端收发模块17第3章 软件部分设计183.1 手机终端控制界面183.2 电脑服务器控制界面193.3 TCP协议的运用20附录一23服务器部分程序代码23客户端部分程序代码24附录二2751单片机控制空调部分程序代码27智能家居控制系统市场前景36总结37第 页摘要本设计主要是一个基于物联网控制的智能家居控制系统，主要是通过手机无线传输数据给电脑服务器，服务器在以串口的方式发

3、送给串口无线主机，串口无线主机在通过nRF905无线模块把数据发送给红外收发器终端，最后红外终端在通过红外发送器把信号发送给智能家居。从而得到了对智能家居的控制。本系统主要分为四大模块：手机终端模块、电脑服务器模块、串口无线收发器模块、红外收发器模块。关键词：智能家居；无线组网；nRF905； 第1章 方案设计1.1 项目背景智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、

4、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，提供全方位的信息交互功能。智能家居又称住宅智能化，是智能建筑的重要组成部分。它随着科技的高速发展和人们生活要求的不断提高而应运而生，成为21世纪的热点技术。智能家居可以定义为一个过程或者一个系统，该过程（系统）利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术构建与家居生活有关的各种子系统。并将其结合在一起。通过统筹管理，将智能家居的被动静止结构转变为具有智慧的新动态，为住户生活提供全方位的信息交换功能。帮助家庭和外部使用者与家庭环境之间保持信息交流畅通，优化人们的生活方式。1.2 建设目标

5、随着科技的不断发展，现在人类也进入了物联网时代，随着物联网时代的到来，使人类的生活水平也大大的提高了，现在人们不仅仅是想着吃好和穿好，而是向往一种智能化的生活方式，智能化能极大的提高人类的生活效率、能极大的提高工作效率以及经济等各方面。本设计主要是基于物联网的一个智能家居控制系统，这给人们的生活带来了极大的便利。1.3 需求分析1.3.1功能需求分析随着整个社会的发展步伐，人们的生活在快节奏的基础上越来越丰富和多元化，对于家居装修，也提出了越来越多的需求。如今，时尚、个性、环保、舒适等等，这些词语已频频出现在住房装修装饰现场。本次设计主要是做一个关于智能家居的控制系统，能实现基本的对空调、投影

6、仪、窗帘等等的控制。 1.3.2 对技术架构的要求分析 对于这次设计，主要有四个模块，第一手机发送模块，第二电脑主机模块，第三红外接收模块，第四红外发送模块。1.4总体的设计1.4.1 总体设计目标 要达到能够远距离的远范围的进行控制，要达到控制的灵敏度高、实用价值高、操作简单化、体积要小等标准。1.4.2 系统整体流程设计 首先第一步进行硬件电路的设计，这里主要包括电路的设计和PCB制版。 第二就是程序代码的编写，以及工艺的制作。 第三就是板子的组装与调试。1.5 系统详细流程主要分为四大模块系统功能框图，如图1-1所示。串口接收接收并通过905发送手机发送指令电脑服务端接收 无线905接收

7、在通过红外发出红外编码信号给设备 图1-1 系统整体框图第2章 硬件电路设计2.1.内容及其原理这主要是一个智能家居控制系统，可以通过手机或者电脑就可以对智能家居进行控制，实用性非常的方便。原理主要利用单片机进行控制，首先我们这个智能家居主要分为四大模块，有手机终端模块、电脑服务器主机模块、串口无线收发器模块、红外收发器模块。它主要通过上位机编程，最后通过手机发射数据给主机服务器，在由主机以串口的方式发给串口无线主机，在由串口无线主机通过以nRF905无线模块的方式把数据发送给红外收发器，最后红外收发器把接收到的数据以红外波的方式发给家居，从而实现了对智能家居的控制。2.2.红外发送模块 红外

8、线发光二极管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830950nm，半峰带宽约40nm左右。其最大的优点是可以完全无红暴，（采用940950nm波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）而延长使用寿命。光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的波长范围为380nm780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红光长的称为红外光。 这里主要通过接收服务器主机发出的信号，使之

9、在P1.0和P1.2两引脚上产生一个38KHz的红外波，主要起调制作用。如图2-1所示，电路中调节RP1就能改变红外的发射与接收距离。 图2-1 红外发送电路图2.3 无线模块 主要用的是nRF905无线模块，它具有体积小，性能好等优点。如图2-2所示。 图2-2 nRF905实物图 1.模块介绍 NRF905无线模块特点： (1) 433Mhz 开放ISM 频段免许可证使用。 (2) 最高工作速率50kbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。 (3) 125 频道，满足多点通信和跳频通信需要。 (4) 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制。 (5) 低功耗1.9

10、- 3.6V 工作，待机模式下状态仅为2.5uA 。 (6) 收发模式切换时间0;j-) for(k=i;k0;k-); /定义延时微秒函数void delay_us1(uint i)while(i-); /定义毫秒函数 void delay_ms(uint i) uint j,k; for(j=200;j0;j-) for(k=i;k0;k-); void init_timer() /定时器初始化 EA = 1; TMOD = 0 x12;/定时器0方式2即8位自动重载模式/定时器1为工作方式1(0001 0010) ET0 = 1; TH0 = 0 xEC;/定时13.2us,0.013m

11、s,38K红外波，晶振22.1184 11.592M最低 36us 24M晶振需要跳动26.4次 对应E6 TL0 = 0 xEC; ET1 = 1; TH1 = (65536-46080)/256; /22.1184MHZ 约为 25MS 46080 TL1 = (65536-46080)%256; TR1 = 1;TR0 = 1; /数据处理-加密-串口字符数据转换成需要的16进制格式void shujuchuli()/中断void timer0(void) interrupt 1 TR0=0; count+;/ led = led; /红外管状态=取反后的红外管状态 / TH0 = 0

12、xED;/定时13.2us,0.013ms,38K红外波，晶振22.1184 11.592M最低 36us 24M晶振需要跳动26.4次 对应E6 /TL0 = 0 xED;led = led; /红外管状态=取反后的红外管状态 TR0=1; /这里可以改为=0不取反另用ne555产生38K信号与p1.7口的信号相与后接IR/ ir = irout; /红外发射管控制脚=红外管状态 /数据发送-前35位-3void fasong_3()uchar i; for(i = 0;i 3;i+) /set_count = hi;/设定中断次数,发送0.8ms 38k红外波（编码中的0.56ms低电平）

13、 / led0 = 1; /红外发送标志 /count =0; /中断计数led0 = 0; /红外发送标志=1delay_us1(hi);led0 = 1; /红外发送标志 / while(count 1; /数据发送-前35位void fasong_8()uchar i; for(i = 0;i 1; /发送数据void fasong()/ET1 = 0;/前导码-高9.2msled0 = 0; /红外发送标志=1delay_us(116);led0 = 1; /红外发送标志 /前导码-低4.2msdelay_us(54); ircode=shuju10; fasong_8();ircod

14、e=shuju11; fasong_8();ircode=shuju12; fasong_8(); ircode=shuju13; fasong_8(); ircode=shuju14; fasong_3();/最后一段 led0 = 0; /红外发送标志=1delay_us1(hi);led0 = 1; /红外发送标志 /发送中间暂停20msdelay_us(250);/led= 1; /红外发射管控制脚=1 /delay_ms(20); /延时20ms（编码中的20ms高电平） 前导码 /后32位 前导码 /发送数据ircode=shuju15; fasong_8();ircode=shu

15、ju16; fasong_8();ircode=shuju17; fasong_8();ircode=shuju18; fasong_8(); /最后一段 led0 = 0; /红外发送标志=1delay_us1(hi);led0 = 1; /红外发送标志 /发送中间暂停40ms led0 = 1; delay_us(250);delay_us(250);/下一段/前35/前导码-高9.2msled0 = 0; /红外发送标志=1delay_us(116);led0 = 1; /红外发送标志 /前导码-低4.2msdelay_us(53); ircode=shuju20; fasong_8()

16、;ircode=shuju21; fasong_8();ircode=shuju22; fasong_8(); ircode=shuju23; fasong_8(); ircode=shuju24; fasong_3(); /最后一段 led0 = 0; /红外发送标志=1delay_us1(hi);led0 = 1; /红外发送标志 /发送中间暂停20ms delay_us(250);/led= 1; /红外发射管控制脚=1 /delay_ms(20); /延时20ms（编码中的20ms高电平） 前导码 /后32位 前导码 /发送数据ircode=shuju25; fasong_8();ir

17、code=shuju26; fasong_8();ircode=shuju27; fasong_8();ircode=shuju28; fasong_8(); /最后一段 led0 = 0; /红外发送标志=1delay_us1(hi);led0 = 1; /红外发送标志 /发送中间暂停40ms delay_us(250);delay_us(250);/主函数void main(void)cuankou1=0;init_timer();count = 0; /中断计数 flag = 0; /红外发送标志 led=0; led0=1; hi=40; /0.8ms low=120; /1.42ms

18、 low1=44; /0.42ms/while(cuankou1) /扫描串口 shujuchuli();cuankou1=1; if(cuankou1=1) delay_ms(100); fasong(); delay_ms(100); cuankou1=0; /shujuchuli(); void timer1(void) interrupt 3 TH1 = (65536-46080)/256; /22.1184MHZ 约为 25MS=0.025s TL1 = (65536-46080)%256; 智能家居控制系统市场前景经调查现在中国电脑用户有4亿之多，移动手机用户高达12亿。我们这套基

19、于物联网的智能家居系统是通过手机APP平台，电脑做服务器，再通过无线模块红外遥控进行对家电的控制。对于现在居住在城市的家庭来说大部分家庭都有电脑，手机那就是毋庸置疑的了，这就是最大的问题已经变得不是问题，还有就是我们的无线控制模块性价比高，一般的家庭都有能力购买。我们采用的是NF905具有上千米的传输距离，穿透能力强，可提供20个以下的节点，对于一般的家庭也够用了。而且适用于多对多的控制（家里有手机的人都可以下个APP对家里的所有电器进行控制）中国的上班一族也占有全国的40%，当自己去上班忘记了家里的家用电器没关或者煤气泄漏等。都可以通过手机联网对家用电器、煤气远程管理。上班本来就很累了下班回

20、家还的去做饭，热水等。当我们有了这套系统之后就不用担心这些问题了。我们可以在下班前提前发条命令把饭煮好、把水热好等。平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。最终，我想全人类的梦想是智能家居控制系统将囊括所有的家事杂物，让我们真正的享受舒适温馨的家庭生活。总结经过我们团队在一个月的时间里，经过我们的不懈努力，最终完成了智能家居的控制系统设计，在这次设计中，我体会到了只有实践才是检验真理的唯一标准，在前期，我们也遇到了很多很多的困难，最后在老师的指导下，在自己的努力下，都完成了本次任务。在这整个制作的过程中，我们学到了很多很多的知识，但也更加清晰的认识到了自己还有许多不足不懂得

21、地方，这些都还值得我们下来在好好的学习，我们在制作的过程中主要分以下几步进行的。一：方案的拟定；二：硬件电路的设计制作与调试；三：软件部分的编写；四：综合性的调试与运用。在制作的过程中，我们遇到了很多很多的困难，首先在硬件电路的设计和包括制PCB板等，都遇到过困难，起初由于我们布的线太细了，导致在实验室制板的时候出现了问题，同时我也深刻的认识到PCB布局排版的重要性，布局美观合理才能达到一种很好的效果。而软件编程上也遇到了很多的问题，这些都需要我们慢慢的去解决。通过这次的比赛，我们都学到了很多的知识，同时也明白了团队的合作也非常重要，最后我相信每一次进步一小点，汇聚起来就会是超大步！附录资料：

22、不需要的可以自行删除云计算实验室子建设方案云计算实验室建设背景云计算的演变从1990年左右开始，经历了网格计算、效用计算、软件即服务（SaaS）几个阶段。随着物联网的快速发展，从技术角度看，严重制约物联网发展的因素，既不是芯片技术，无线网络技术和传感器技术，也不是全球导航系统技术。而是如何让海量信息在整个互联网上进行分析和处理，并对物体实施智能化的控制。要解决这个问题，就必须建立一个功能强大的物联网信息管理平台。云模式的出现，让物联网平台问题迎刃而解。甚至可以这样理解，物联网虽不因云模式而生，却因云模式而存在。我们可以这样定义云计算：云计算是一种计算模式，在这种模式中，应用、数据和IT资源以服

23、务的方式通过网络提供给用户使用。云计算也是一种基础架构管理的方法论，大量的计算资源组成IT资源池，用于动态创建高度虚拟化的资源提供用户使用。然而云计算的发展仍然存在着严峻的挑战：安全：法律遵从，未授权访问数据治理：完整性，恢复，隐私，隔离，主权法律保护完整性：本地/远程完整性场景，云对云问题，动态资源管理：性能管理和监护，确保服务水平协议（SLA）云计算实验室建设目标1）实验室人才培养实验室将秉承“博观约取，厚积薄发”的宗旨，贯彻“开放，合作，竞争”的方针，营造团队合作精神，积极进取，努力创新，将实验室打造为一支目标明确，富有干劲，能很好适应国际计算机新技术发展的科研队伍。在进行学术研究的同时

24、，更加重视人才的培养，努力促进学科的可持续发展。实验室计划设有计算机应用技术、计算机系统结构、计算机软件理论的硕士点和博士点。从工信部培养整个3G产业环境及云计算产业环境的角度来讲，远远不能满足我国对于移动云计算人才的需求预期。据工信部人才交流中心预测，移动云计算与交互设计 HYPERLINK /rmw/GB/rmwsearch/gj_search_lj.jsp?keyword=人才缺口 t _blank 人才缺口将达百万。云计算实验室的建立，将为移动云计算方向人才的培养起到积极的推动作用。2）实验室对外交流 同时实验室还重视对外学术交流与科技合作，与国内外知名的相关研究机构一直保持着紧密的合

25、作关系，如共同申请承担基金项目，共同举办国际学术会议，对硕士、博士进行联合培养。邀请国内外专家进行技术培训，为用户特别是中小企业提供试用机会等。3）成果转化物联网是通过全球定位系统等信息传感设备，把任何物品和互联网相连，来进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控、管理的一种网络。实现物联网的核心是云计算。云计算实验室研究内容 把实验室建设成省内云计算技术研究、物联网技术研究的权威研究机构。建设一整套人才引进、激励、奖惩机制。以市场服务为导向，结合联盟企业基于云计算和物联网应用技术的各个应用需求开展研究。以联盟企业为依托，研究技术成果向产品的转化和市场推广方式，并结合产品的

26、市场定位和信息反馈来优化产品，进一步提高实验室技术能力和产学研结合能力。实验室将围线以下几个方面开展科研工作：开展云计算核心算法、核心架构的研究，包括IaaS、PaaS、SaaS等软硬件体系结构研究。目前云计算核心算法主要包含FO软件开发方法、带遗传特征的无限分层处理方法、文字信息结构树构造方法、IP地址结构树方法、浮云分层互联网架构设计、多维复杂空间软件架构体系、多维复杂空间数据结构管理、构建内容中心网络等，实验室将会在现有的算法基础上进行深入研究。云计算可描述在从硬件到应用程序的任何传统层级提供的服务 。实际上，云服务提供商倾向于提供可分为如下三个类别的服务：把软件当作服务 (Softwa

27、re as a Service)、把平台当作服务(Platform as a Service)以及把基础设施当作服务(Infrastructure as a Service)。图 SEQ 图表 * ARABIC 1：cloud-stack开展物联网协议标准、中间件架构、RFID识别算法等方面的研究。物联网是一个基于互联网、传统 HYPERLINK /view/3773.htm t _blank 电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。实验室将会对物联网协议标准展开研究。RFID射频识别是一种非接

28、触式的 HYPERLINK /view/139170.htm t _blank 自动识别技术，它通过 HYPERLINK /view/189639.htm t _blank 射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。实验室主要将进行RFID识别算法的研究，旨在加快RFID的识别速度。实验室还将展开RFID标签防碰撞算法的研究。图 SEQ 图表 * ARABIC 2：Schematic representation of RFID technology开展云存储、数据挖掘方面的研究。其中云

29、存储是在云计算(cloud computing)概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、 HYPERLINK /view/806.htm t _blank 网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。图 SEQ 图表 * ARABIC 3：cloud storage 存储方案价值：信息生命全周期的保护，应对未来五年内业务转变及企业成长带来的种种风险；为满足现实中混合工作负载及虚拟化和整合的需求，提供了足够的性能支持；十分有效，使得企业减少了存储设备的添置及其相关支持，并因此减少了环保

30、成本；通过为大型数据中心提供可扩展的模块化方案组合实现企业级的支持。保护数据安全，为您及时提供准确的数据 提供无与伦比的灵活性，以满足多元化的存储需求 包含功能丰富的管理软件，最大化利用率，最小化存储系统的总体拥有成本有效降低设备采购成本及IT运营成本开展智能城市关键技术、广电网IPTV技术的研究IPTV是利用计算机或 HYPERLINK /view/16791.htm t _blank 机顶盒+电视完成接收 HYPERLINK /view/16215.htm t _blank 视频点播节目、视频广播及网上冲浪等功能。它采用高效的视频压缩技术，使 HYPERLINK /view/2722588

31、.htm t _blank 视频流传输带宽在800K HYPERLINK /view/8039.htm t _blank b/s时可以有接近DVD的收视效果(通常DVD的视频流传输带宽需要3Mb/s)，对今后开展视频类业务如因特网上 HYPERLINK /view/1635662.htm t _blank 视频直播、远距离真视频点播、节目源制作等来讲，有很强的优势，是一个全新的技术概念。图 SEQ 图表 * ARABIC 4：IPTV研究内容：固移宽带网络融合技术WLAN自动迁移技术远程人机界面交互技术智能数据挖掘公共服务平台广电网IP兼容技术广电网智能交互技术广电网智能机顶盒技术考核目标：1、实验室建设将建设以计算机科学与技术、信息与通信工程为一级学科点，计算机系统结构、计算机软件与理论、计算机应用、数字通信与信息系统、通信网络与信息安全为二级学科点，以分布式并行计算、人工智能、计算机网络、广播电视通信网络、数据库技术等为研究方向的学科建设格局。以省级重点实验室